組込みシステム総論

科目基礎情報

学校	苫小牧工業高等専門学校	開講年度	令和02年度 (2020年度)
授業科目	組込みシステム総論
科目番号	0048	科目区分	専門 / 必修
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	創造工学科（情報科学・工学系共通科目）	対象学年	5
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	すぐわかる！組込み技術教科書【「香取巻男・立田純一」CQ出版】／教材:「ITRONプログラミング入門」CQ出版、「μITRON準拠TOPPERSの実践活用」CQ出版、「TRONプログラミング入門」オーム社、「Real-Time Concepts for Embedded Systems」CMP Books
担当教員	阿部 司

到達目標

1．組込みシステムの機能的特徴、リソースの制約などを理解し、説明できる。
2．組込みエンジニア実態、組込みエンジニアに求められるもの、スキル・キャリア基準を理解し、説明できる。
3．組込みソフトウェアの開発手法、開発環境などの支援機能と各種管理業務について理解し、説明できる。
4．組込み用 プロセッサ、組込みソフトウェア、組込み用ハードウェア、ユーザインタフェースについて理解し、説明できる。
5．RTOSの構成・階層・機能などを理解し、説明できる。
6．RTOSにおけるデバイスドライバと同期・通信オブジェクトなどを理解し、説明できる。

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
1．組込みシステムの機能的特徴、リソースの制約などを理解し、説明できる。	組込みシステムの機能的特徴、リソースの制約などを理解し、説明できる。	組込みシステムの機能的特徴、リソースの制約などを理解し、基本的な説明ができる。	組込みシステムの機能的特徴、リソースの制約などを理解不足で説明ができない。
2．組込みエンジニア実態、組込みエンジニアに求められるもの、スキル・キャリア基準を理解し、説明できる。	組込みエンジニア実態、組込みエンジニアに求められるもの、スキル・キャリア基準を理解し、説明できる。	組込みエンジニア実態、組込みエンジニアに求められるもの、スキル・キャリア基準を理解し、基本的な説明ができる。	組込みエンジニア実態、組込みエンジニアに求められるもの、スキル・キャリア基準を理解不足で説明ができない。
3．組込みソフトウェアの開発手法、開発環境などの支援機能と各種管理業務について理解し、説明できる。	組込みソフトウェアの開発手法、開発環境などの支援機能と各種管理業務について理解し、説明できる。	組込みソフトウェアの開発手法、開発環境などの支援機能と各種管理業務について理解し、基本的な説明ができる。	組込みソフトウェアの開発手法、開発環境などの支援機能と各種管理業務について理解不足で説明ができない。
4．組込み用 プロセッサ、組込みソフトウェア、組込み用ハードウェア、ユーザインタフェースについて理解し、説明できる。	組込み用 プロセッサ、組込みソフトウェア、組込み用ハードウェア、ユーザインタフェースについて理解し、説明できる。	組込み用 プロセッサ、組込みソフトウェア、組込み用ハードウェア、ユーザインタフェースについて理解し、基本的な説明ができる。	組込み用 プロセッサ、組込みソフトウェア、組込み用ハードウェア、ユーザインタフェースについて理解不足で説明ができない。
5．RTOSの構成・階層・機能などを理解し、説明できる。	RTOSの構成・階層・機能などを理解し、説明できる。	RTOSの構成・階層・機能などを理解し、基本的な説明ができる。	RTOSの構成・階層・機能などを理解不足で説明ができない。
6．RTOSにおけるデバイスドライバと同期・通信オブジェクトなどを理解し、説明できる。	RTOSにおけるデバイスドライバと同期・通信オブジェクトなどを理解し、説明できる。	RTOSにおけるデバイスドライバと同期・通信オブジェクトなどを理解し、基本的な説明ができる。	RTOSにおけるデバイスドライバと同期・通信オブジェクトなどを理解不足で説明ができない。

教育方法等

概要:

情報科学・工学系で学ぶ基礎知識を総合的に適用することで、さまざまな工業製品の開発に適用される組込みシステムの基礎知識を、座学と実習により学習する。
この科目は企業で「電話ネットワークにおける組込みシステムの一形態である電子交換機の設計」を担当していた教員が、その経験を活かし、「組込みシステムの種類 、 特性 、 最新の設計手法等」について講義形式で授業を行うものである。

授業の進め方・方法:

座学により、TOPPERS/ASPカーネルを題材として、組込みシステムを実現するために必要不可欠なハードウェア・ソフトウェア、開発支援技術を学ぶ。
実習により、開発支援環境を用いて組込みシステムを実現するためのRTOS・組込みソフトウェアの基本的な実装を行う。
評価では授業で出題するプログラムの設計・作成と演習・実習課題の取組み状況を重視している。
確認試験を適宜実施する。評価は確認試験30%、定期試験20%、演習・実習45%、レポート5%である。成績によっては、再試験を行うことがある。合格点は60点以上である。

注意点:

4年生の「オペレーティングシステムI」を基礎としているので、学習内容を復習しておくこと。
C言語によるプログラミング能力と説明のための文章力を養っておくこと。
授業で示される演習・実習課題に自学自習により取り組むこと。演習・実習課題は添削後、目標が達成されていることを確認し、返却する。目標が達成されていない場合には、再提出すること。
プリントを綴じるファイルを準備すること。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	組込みシステムの概要	組込みシステムの概要を理解し、説明できる。
		2週	組込みエンジニアの概要	組込みエンジニア実態とやりがい、組込みエンジニアに求められるもの、スキル・キャリア基準などを理解し、説明できる
		3週	組込み用プロセッサの構成	プロセッサ、基本ソフト、支援機能について理解し、説明できる。
		4週	組込みソフトウェア	組込みソフトウェアの概要・分類・機能を理解し、説明できる。
		5週	組込みシステム開発技術	組込み開発、ソフトウェア詳細設計、ソフトウェアコード作成とテスト、ソフトウェア結合などを理解し、説明できる。
		6週	組込みシステムソフトウェアの開発環境	組込みシステムソフトウェアの開発環境、プロジェクト管理、構成管理、品質管理などを理解し、説明できる。
		7週	組込み用記憶装置と通信機能	組込み用補助記憶、通信、マルチメディア、計測制御、情報処理、ユーザーインタフェースなどを理解し、説明できる。
		8週	リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）の概要	リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）の構成・ソフトウェア階層などを理解し、説明できる。
	2ndQ
		9週	サービスコールと静的割当てオブジェクト	サービスコールと静的割当てオブジェクトを理解し、説明できる。
		10週	タスク管理とコンテキストスイッチ	タスク管理とコンテキストスイッチを理解し、説明できる。
		11週	RTOSにおけるスケジューリング	RTOSにおけるスケジューリングアルゴリズム、動作概要を理解し、説明できる。
		12週	RTOSにおけるデバイスドライバ	RTOSにおけるデバイスドライバの構成・ソフトウェア階層などを理解し、説明できる。
		13週	同期・通信オブジェクト	同期・通信オブジェクトの分類、機能を理解し、説明できる。
		14週	セマフォ	セマフォの原理、機能を理解し、説明できる。
		15週	データキューとイベントフラグ	データキューとイベントフラグなどの原理、機能を理解し、説明できる。
		16週	定期試験

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類		分野	学習内容	学習内容の到達目標	到達レベル	授業週
専門的能力	分野別の専門工学	情報系分野	コンピュータシステム	ネットワークコンピューティングや組込みシステムなど、実用に供せられているコンピュータシステムの利用形態について説明できる。	4
				デュアルシステムやマルチプロセッサシステムなど、コンピュータシステムの信頼性や機能を向上させるための代表的なシステム構成について説明できる。	4
				集中処理システムについて、それぞれの特徴と代表的な例を説明できる。	4
				分散処理システムについて、特徴と代表的な例を説明できる。	4
				システム設計には、要求される機能をハードウェアとソフトウェアでどのように実現するかなどの要求の振り分けやシステム構成の決定が含まれることを説明できる。	4
				ユーザの要求に従ってシステム設計を行うプロセスを説明することができる。	4
				プロジェクト管理の必要性について説明できる。	4
				WBSやPERT図など、プロジェクト管理手法の少なくとも一つについて説明できる。	4
				ER図やDFD、待ち行列モデルなど、ビジネスフロー分析手法の少なくとも一つについて説明できる。	4
			システムプログラム	コンピュータシステムにおけるオペレーティングシステムの位置づけを説明できる。	4
				プロセス管理やスケジューリングなどCPUの仮想化について説明できる。	4
				排他制御の基本的な考え方について説明できる。	4
				記憶管理の基本的な考え方について説明できる。	4
				形式言語の概念について説明できる。	4
				オートマトンの概念について説明できる。	4
				コンパイラの役割と仕組みについて説明できる。	4
				形式言語が制限の多さにしたがって分類されることを説明できる。	4
				正規表現と有限オートマトンの関係を説明できる。	4
			情報通信ネットワーク	プロトコルの概念を説明できる。	4
				プロトコルの階層化の概念や利点を説明できる。	4
				ローカルエリアネットワークの概念を説明できる。	4
				インターネットの概念を説明できる。	4
				TCP/IPの4階層について、各層の役割を説明でき、各層に関係する具体的かつ標準的な規約や技術を説明できる。	4
				主要なサーバの構築方法を説明できる。	4
				情報通信ネットワークを利用したアプリケーションの作成方法を説明できる。	4
				ネットワークを構成するコンポーネントの基本的な設定内容について説明できる。	4
				無線通信の仕組みと規格について説明できる。	4
				有線通信の仕組みと規格について説明できる。	4
				SSH等のリモートアクセスの接続形態と仕組みについて説明できる。	4
				基本的なルーティング技術について説明できる。	4
				基本的なフィルタリング技術について説明できる。	4

評価割合

	確認試験	定期試験	演習・実習	レポート	合計
総合評価割合	30	20	45	5	100
基礎的能力	25	5	25	5	60
専門的能力	5	15	20	0	40